1869年，俄国彼得堡大学教授门捷列夫（1834—1907）的论文《元素性质与原子量的关系》在俄罗斯化学协会上被宣读。这篇论文中指出了元素的周期律，即按原子量排列起来的元素，在性质上呈现出明显的周期性，同时，化学元素的性质取决于原子量的大小。门捷列夫把当时已知的63种元素按原子量的大小列了周期表，并且根据原子量变化的规律，为尚未发现的4个元素留下了写有原子量的空缺位置。以后，他所留出空位的元素相继被发现，这些元素的原子量基本上与他所列的周期表相同。元素周期表是化学史上划时代的创造，它使化学真正成为一门科学，不只是从实践意义上，而且是从理论意义上。
早在18世纪末期，欧洲科学家已经发现，热能可以向机械能转换。19世纪，科学家们先后发现，在各种运动中能量可以转换，在能量的转换过程中基本上遵守了能量守恒的定律。1847年，英国科学家焦耳（James Prescott Joule，1818—1889）在英国科学年会上宣读了自己以前发表的一篇论文，这篇论文曾经在学术会议上宣读过，但是没有引起足够的注意。这篇论文认为：自然界的力量是不能毁灭的，哪里消灭了机械能，总能得到相应的热能。可惜的是这篇论文反响不够热烈，焦耳通过进一步努力，计算出热当量值是428克·米/卡。从此，能量守恒与转化的定律在自然界被正式承认。能量守恒与转化定律证明，自然界的事物与运动之间有普遍的联系，宇宙中的能量不可能创造也不可能消灭。人类社会应用的能量来自于自然，能量在自然中是可能被转换的，然而它是守恒的。
19世纪40年代，生物学家们发现细胞分裂过程，1879年，德国生物学家发现细胞核内遗传物质的载体染色体，建立了细胞学说。英国科学家达尔文（Charles Robert Darwin，1809—1882）于1859年出版的巨著《物种起源》，论证了生物进化的原理。达尔文认为，自然界中的物种是在自然选择条件下进化的。以人类驯养的动物为例，它们的祖先并不具有原先就与之相同的先祖，而是从少数的几个野生动物进化生成的。物种具有遗传与变异的特性，有用的特性被人类选择而得以保存，无用的特性会被淘汰。自然界同样可以在更为广阔的范围里，以自然环境进行这种进化的选择，优存劣汰，不断产生能适应环境的物种。1871年，由于进化论已经被科学家们用于解释人类起源，达尔文出版了《人类的由来》一书，阐释自己关于人类起源的看法。他认为，人类是与某些较低级的物种一起，从同一个祖先进化来的，人类的这些近亲现在已经灭绝了。进化论提出后，遭到相当多的人反对，特别是因为进化论认为人类是由动物进化来的，而不像《圣经》上所说的那样是上帝所创造的。正是在反复的斗争与辩论中，进化论迅速推广开来，受到各个阶层有识之士的肯定，被认为是19世纪最伟大的科学理论之一。
进入20世纪之后，以物理学为代表，现代科学再次产生具有革命意义的巨变。牛顿力学作为经典物理学的地位一直受到新发现的挑战，最后终于被爱因斯坦的相对论与量子力学理论所取代，现代物理学在这新生的两大理论基础上取得了新进展。同时，粒子物理学中的夸克模型、宇宙学中的大爆炸理论、分子生物学中的DNA双螺旋模型、地质学中的板块模型理论，建立了20世纪理论科学中的四大模型理论。
量子理论是20世纪物理学理论的第一次重要革命。1895年伦琴（Wilhelm Conrad Rntgen，1845—1923）发现了X射线，1897年科学家们发现超原子微粒，这标志着新的物理学与新的科学将要在20世纪出现。1900年，德国物理学家普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck，1858—1947）提出了著名的量子学说，即物体在发射与吸收辐射时，能量的交换不是连续进行的，能量只是以一定的数值和它的整数倍数辐射或是吸收；正如物质是由单独的原子所组成的，能量也是由单独的每份“能量原子”所构成的。普朗克把每一份能量作为一个“参量子”，简称为“量子”。这种学说由他的《关于正常光谱能量分布定律的理论》论文进行论证，从此，量子理论正式产生。量子理论将传统的宏观的、外部的世界研究推向了微观的、内部世界的研究，这是科学新时代的理论转换。
1905年，爱因斯坦发表《论运动物体的电动力学》，提出了狭义相对论的基本原理：其一，对于任何惯性体系，一切自然定律都同样适用，这就是相对性原理。即力学运动、电磁运动都具有相对性，这样就完全否定了绝对静止的参考系：绝对时间与绝对空间。其二，对于任何惯性系来说，自由空间中的光速都是相同的，它是物体运动的最大速度，也就是光速不变的原理。在这篇论文中，他以同时性的相对性否定了牛顿力学的基础。爱因斯坦指出，相对论的效应表现为：运动的尺度会缩短，运动的时钟将会变慢；物体的质量将会随着它的运动而发生变化；物质的质量m与能量E之间有E=mc2的公式，所以当物体的质量发生Δm的变化，同时必然产生ΔE的能量的变化，反之亦然，这一公式为原子能的利用开辟了广阔的前景。1907年，爱因斯坦发表论文《关于相对性原理和由此得出的结论》，提出了广义相对论。1916年，爱因斯坦建立了广义相对论的引力场议程，论证了空间的结构和性质决定于物质分布的观点，首次论述了四维时空和物质的分布密度相联系的重要思想，认为物质及其运动决定时空的性质，而时空的性质反过来又决定物质的运动。
相对论与量子理论，是现代物理学的基本理论，它们互相配合，对物理学与哲学都产生了较大的作用。时间与空间是事物存在的基本形式，在传统观念中，时间与空间是固定的，有各自的存在维度。但是相对论指出，时空之间是相联系的，两者不可能单独发生变化。时空变化及其结构与物质运动状态不可分。这是一种新的时空观、运动观与物质观。由于人类活动的内容也就是对客观世界与人类社会的认识，这种理论必然会对人类的世界观产生相应的影响。
第五节 西方科学技术与社会生产
科学原理与生产技术紧密结合起来，科学上的发现及时运用于生产之中，从而推动生产力的发展，这是西方科学与技术的一个重要特点。
近代西方科学应用于生产中，引起了工农业生产中的近代技术革命。什么是近代技术革命？简单地说，就是以蒸汽动力为基础的、以机器应用为中心的生产技术进步。所以，近代技术革命是相对于古代手工业的人力生产模式而言，是一种机械化的观念。
欧洲较早就出现了以水为动力的水磨，以风为动力的风车等，欧洲还有精密的钟表技术，这些发明与东方文明的创造一样，是技术的进步。众所周知，世界科学史上最早的发明创造相当多的是出于东方，如上文所说到的罗盘、印刷术、火药等发明都是出于中国。但是这些发明在中国并没有直接投入生产，没有产生巨大的经济作用，比如火药这样的重要发明虽然有明显的军事利用价值，也一直只用于烟花爆竹之中，不但没有广泛运用于军事之中（虽然最早的火统等武器也曾出现，但未能发展出步枪等武器），连开山炸石这样重要的工程都没有利用火药。这就不能不引起我们的反思，其根本原因当然在于封建****制度对于科学的排斥。在中国漫长的封建社会中，对科学的压迫与欧洲中世纪一样严酷。欧洲近代技术革命的意义就在于改变了封建制度下的落后生产力，以先进的机器工业为标志，向工业化社会前进。
技术革命从意大利发轫，在英国工业中得以大成。文艺复兴运动为意大利工业的兴起创造了思想与物质上的准备。15世纪中，意大利首先应用了机械织机，纺纱机也实现了机械化，这使纺织工业在意大利成为国民经济的支柱产业。冶炼工业中，以水为动力的鼓风冶铁炉开始普及，它的发达有利于其他各行各业的发展。同时，在造船、交通等方面，意大利也跃居前列。可惜的是，16世纪之后，由于西方文明从地中海转向大西洋，意大利的地中海交通枢纽地位逐渐丧失其作用，同时由于周边国家与意大利的战争，国内宗教****横行，这些因素使意大利的工业生产衰退。从17世纪开始，大西洋地区的中心国家英国取代了意大利的工业中心地位。英国不但有广大的海外殖民地与海外贸易的优势，更为重要的是有重要的科学技术发明，从培根到牛顿，英国著名科学家如雨后春笋般出现，使英国的科学研究实力稳居世界首位。同时，近代技术革命最重要的发明蒸汽机在英国产生，使英国成为世界技术革命的中心。文明中心的转移是一种长期的历史积累，是多种历史条件所形成的必然趋势，绝非偶然。
纺织工业是最古老的工业，近代技术革命与大工业化生产不约而同都是先从这里开始。
世界上最早的纺织机极有可能是中国人与埃及人各自独立发明的，据亚·沃尔夫考察，埃及人公元前12世纪就已经发明了织机，一直到18世纪初，欧洲工业中所使用的织机仍然是4世纪从埃及传入的。
织机的大变革产生于英国工业革命之中。众所周知的是，1764年詹姆斯·哈格里沃斯发明了珍妮纺纱机，这是一种只需要一个人管理的高效纺织机。1769年理查·阿克莱发明了水力纺纱机。1776年赛米尔·克伦普顿发明了骡机。1787年卡特莱特博士发明了动力织机。大工业生产的需要使得技术革命像火山爆发一样威力无穷，同时，先进的技术又立即转变为巨大的生产力。
18世纪，英国引导世界工业革命潮流，实现从手工业向大工业的转变。大工业生产中，机械化当然是重要因素，但是，更为重要的是新动力与能源的发现。动力是能源的应用，能源是动力的来源与物质基础，两者其实是合一的。综观人类社会的历史，首先是在农牧业文明中，人类学会运用牛马等畜力，在农业与手工业生产中，牛马作为生产工具使社会成为文明社会。近代技术革命中，机械动力如蒸汽机的蒸汽动力取代了畜力与人力，使工业化社会降临。而大工业生产中，电力、石油动力、核动力等的应用，使人类进入新的时代。有新能源，就有新动力，有新动力就有新社会生产、新社会形态。
早在蒸汽机出现之前，由于欧洲大量使用风力与水力，多数国家的风车与水车及相关机械已经相当发达。1617年浮斯图斯·维兰齐奥的《新式机器》一书中已经收入了一些风车的细部结构、桥拱的拱架、吊桥以及疏浚设备等。商人贾科木·斯特拉达·迪·鲁斯贝格于1617年至1618年就出版了一部书，书名是《各种畜力和人工的风车、水车以及各种水泵和其他无须花多大劳力而提升水的发明的图解》。该书主要介绍了意大利16世纪的技术成果，特别是机械与动力方面的创造，这一定程度上可以看成是文艺复兴时期技术成果的总结。我们上文已经说过，文艺复兴的巨匠达·芬奇等人不但是艺术家，他们的才能是多方面的，即使是在机械设计方面也成果突出。达·芬奇绘制的机械图精确而且实用，他在世时所绘制的许多机械图纸，当时只是一种想象中的事物，几个世纪之后才开始在世界各地被人们所发明与应用。
蒸汽机发明的历史更为久远，西方科学家早在亚历山大时代就开始有了蒸汽机的最早构想。公元50年前后的希罗编纂过几部关于力学的书籍，其中就有一部谈到利用蒸汽来产生动能的装置。以后原始的蒸汽利用机械发明一直不断，从12世纪到18世纪，利用蒸汽作为动力一直是西方科学家的理想，其中有的已经真实运用于生产实践之中。1663年伍斯特侯爵就已经获得了一个专利，这个专利名称是“控水机”，主要用来抽干矿井中的积水，这是当时急需解决的生产问题。英国博物馆里至今还收藏着这种机器的图纸，这个机器运用了蒸汽的压力来抽水。最重要的是17世纪英国工程师托马斯·萨弗里所发明的蒸汽机，这种机器也是用于矿井坑道抽水，而且它的实际应用性非常强，1669年获得专利并且在英国皇家学会进行了模型演示。这个机器有一个副锅炉，可以不间断地给工作锅炉供水。
可见，在瓦特（James Watt，1736—1819）发明蒸汽机之前近一个世纪，英国的科学家与工程师们就一直在努力制造蒸汽机。1768年，瓦特试制成了可以大规模应用的蒸汽机。在现在的中小学课堂上，教师们经常向学生们讲这样的一个故事：1763年，格林诺克的詹姆斯·瓦特博士看到水壶中水沸腾时，水蒸气冲开壶盖，灵机一动，发明了蒸汽机。事实上，蒸汽机动力是欧洲科学家特别是英国科学家们数百年来的梦想，经过几代人甚至十几代人的努力，才实现了这一梦想。从这里我们也可以看到，任何科学发明都是长期科学研究与历史积累的结果，尤其是推动一个时代前进的伟大发明，绝不是天才人物的灵机一动式的偶然发现。
蒸汽机一旦进入生产，就如同神话里见风长大的魔鬼，其力量无比巨大。1785年瓦特在诺定昂县建立了第一个蒸汽机纺织厂，随后在阿克莱与克伦普顿建立起了一批使用蒸汽机的纺织厂。由于大量使用瓦特蒸汽机，生产效率大大提高，随着蒸汽机在全国工厂的广泛应用，英国工业进入高速发展时期。1770年英国的子棉输入不到272万千克，1800年增至2450万千克，1836年增至16330万千克。机械化程度的提高，使得棉纺生产的其他工序如漂染、印花等工序也有较大的技术改进。1833年英国生产了1026400万纱锭，总长度达到了81亿公里以上。当时的棉纺织厂达到1300家，纺织工人有237000人，蒸汽织机10万台以上，手工织机24万台。棉纺织业的急速发展引起了连锁效应，英国的采矿业与其他工业也走上了高速发展的轨道，这同样是由于蒸汽机与水力机械的应用才形成的。原本是沉重的体力劳动为主的发展缓慢的工业，由于机械化而效率猛增。
英国的主要矿业是煤业与铁业，其煤炭储藏丰富，到了19世纪中叶，英格兰与苏格兰的所有煤矿都在开采。据恩格斯统计，仅在诺森伯兰与德勃穆的煤矿每年就有500万吨以上的煤出口，矿工人数达到四五万人。铁的生产在1740年不到17000吨，到1834年就达到了700000吨。钢铁工业是基础工业，它带动了化工、建筑等工业的发展。1788年，英国约克郡出现了第一座铁桥，以后，伦敦在泰晤士河上修建了萨德克铁桥。英国成为了世界上第一个钢铁巨人。1830年，从利物浦到曼彻斯特开通了第一条大铁路，随后几十年间，英国铁道联结起了所有大城市：伦敦、南安普顿、杜弗、科尔彻斯特、剑桥等地。交通运输历来是工业发展的大动脉，1818—1828年仅仅十年时间，英国建成了欧洲最发达的公路网，英格兰和威尔士修建公路1610公里，路面宽达18米。几乎就在同时，苏格兰修建1450公里公路，1000多座桥梁。英国的荒山僻壤转瞬成为了交通便利的城镇，公路网四通八达。英国小说家******·司各特（Walter Scott，1771—1832）的历史小说中曾经描绘了苏格兰地区的历史场景，那里原本盗匪丛生，人民生活贫困。但是到了18世纪二三十年代，苏格兰已经成为交通发达的地区，原本以盗猎为生的山民们，现在已经成为大工厂的工人或是矿工了。这里发生的一切巨变，并非个别人的能力，而是时代与社会的发展所造就的，是工业文明兴起的必然结果。
英国本来是一个没有运河的国家，但是18世纪工业的需要使得运河成为英国主要的交通线路。英格兰开凿了运河3220公里，苏格兰开凿了凯利多尼亚运河，爱尔兰也开挖多条运河，一时之间，英国成为世界上运河运输最发达的国家之一。
工业化引起的变化涉及社会生活的所有方面，当年，人们关注的只是经济布局、工业动力等方面的变化，现在，人们可以更清楚地看到城市化进程是相当重要的因素，城市化是工业化所带来的必然结果。城市化是劳动力转移所带来的一种社会状态，农业生产的机械化使农村劳动力过剩，工业生产与第三产业则需要大量的劳动力，这就形成了农业劳动力向工业化城市集中。而工业化大生产需要相对的集中，工业生产首先在经济、运输条件相对好的城市集中起来，形成大城市，于是工业化与城市化进程同步进行。据米歇尔·博德统计，经过18世纪中期到19世纪中期的农村人口大转移，英国从以农村人口为主的国家变成了一个以城市人口为主的国家。1851年，英国总人口为1800万，其中农村人口占48%，而城市人口已经占到总人口的52%，城市人口超过了农村人口。英国在当时是世界上唯一一个城市人口超过农村人口的国家，法国、美国、德国、俄国、意大利等国当时农村人口仍然多于城市人口。工业文明一定程度上就是城市文明。城市，虽然不可避免地产生对立与分化、贫民窟、交通拥挤、两极分化等现象，但它从根本上来说，却意味着财富的大量创造，人们生活方式与风格的改变，生活水平的提高。1835年根据“城市自治机构条例”，英国开始城市地方政府改革，城市市政机构通过选举，有力地推进了城市的地方民主化。工业化是社会生产方式的变革，城市化是生活观念与方式的转化，工业化与城市化相得益彰，使社会生活转型的文化意义得到全面呈现，这是古代城邦文明经过长期的封建社会之后，在工业文明时代中重新获得的一种新的历史意义。当然，无论工业化与城市化都不是西方的特权，现代社会发展证明，东方民族的工业化与城市化的进程同样不可阻挡，完全有可能与西方并驾齐驱，互相补益。
整个欧洲大陆的工业化是从1800年前后全面展开的。法国是从第一帝国到七月王朝期间完成了初期的开发，主要工业部门是纺织工业、冶金工业、采煤业、交通运输等，其发展模式与英国基本相似。但是有一个细节不容忽视，一般的欧洲国家工业化都是起于棉纺织业，只有法国例外，法国的丝织业当时相当发达，它对于初期工业化的作用是不可低估的。另外值得注意的是，法国的公路建设当时已经处于世界先进行列，它具有发达的筑路技术，使法国一直保持了自己的领先地位。正如亚·沃尔夫所指出：
法国是近代最早建立了一个令人满意的公共道路网的国家。于贝尔·戈蒂埃的《论道路建筑》于1693年出版，这部著作说明了行车路的筑造方法：建筑和夯筑密接大石块构成的路基，并加以夯槌。这种制式后来同特尔福德的名字联结在一起。1716年，成立了桥梁道路工程师协会（Corps des Ingénieus des Ponts et Chaussées）。在皮埃尔·特雷萨盖（1716—1796）领导下，法国公路在欧洲独占鳌头。他沿用一种经过修改的古罗马方法：在平地上铺设石头路基，然后用大石铺一层厚厚的石座，上面再铺小石块。后来（1764年）他把基石竖放，并减小上面几层的厚度。
先进的筑路技术使得法国公路发展相当快，1850年法国国家总公路已经达到3500公里，相对于领土并不大的法国来说，公路交通网已经基本形成。法国公路中的国际公路占有相当比例，如法国到瑞士瓦蒂与意大利皮艾蒙特的欣浦隆通道，从法国里昂到意大利都灵的瑟尼山通道等，都是联结工业中心的重要公路，是法国对外的交通枢纽。但是从科学技术全面应用与工业发展速度来说，法国仍然显得缓慢得多，无法与英国并驾齐驱。第二帝国时期，法国工业进入另一个发展高潮。拿破仑三世关心工业化进程，圣西门等人的学说对他的思想有一定影响，他主张以国家经济为主体，国家以预算与分配等手段干预经济发展，同时，他还主张自由贸易。因此，这一时期工业、农业、商业与金融都有较快发展。1861—1869年，法国冶金工业总产量增长近3 倍，生铁产量从41万吨增长到135万吨。钢产量从1.4万吨增长到了11万吨。煤炭产量从455万吨增加到了1350万吨。1869年法国全国铁路网建成，路线总长16465公里。
法国的科学技术应用也成就突出，专利成果与发明大量涌现。其中最为重要的当数内燃机的发明，1860年到1862年，勒努阿和博·德·罗萨制成了内燃机，这种新动力的出现，不仅对法国工业，也促成了世界工业的飞跃。如果说，英国人发明了蒸汽机，开启了工业革命新阶段，那么，法国人发明了内燃机，继续推进了工业革命的新阶段发展，其历史功劳不在英国之下。从19世纪后期起，世界进入以电力与内燃机为主要动力的时代。法国人还有更多的新发明，如1861年索尔韦的新制碱法，1867年德里埃发明的制冷机，1869年贝尔热成功进行的水力发电等，都是具有世界意义的伟大发明，这些发明对于工业生产有巨大的推动作用。从1850年到1870年，20年时间里法国工业总产值翻了一番，从60亿法郎增加到了120亿法郎，法国成为世界工业强国，位于英国之后，居于世界第二位。
从理论上说，英国工业革命、法国大革命与德国宗教革命之间存在着思想上的联系，但是德国政治经济发展在当时相对滞后。实际上德国现代工业起步并不晚，18世纪后期就已经有现代工业，但是受到封建政治制度的限制，发展缓慢，直到19世纪二三十年代才开始大发展。这个时期与新大陆的美国几乎同步。19世纪中后期，德国工业进步很快，它的工业道路相当独特，与欧洲其他国家不同，德国工业革命并不是从轻工业特别是纺织工业起步，而是从铁路交通开始。大规模的铁路建设带动了冶金、采矿、煤炭等行业，所以德国重工业基础好，工业体系全面，这一布局对于德国工业有深远的影响。同时，德国重视发展新兴工业，这是德国工业的又一特点。在化工、机械等方面德国后来居上，甚至超过欧洲一些工业强国。
美国工业革命从18世纪末期开始，到19世纪70年代大致完成。在近一个世纪里，美国从一个新大陆国家成为世界工业强国。美国发展的特点是优先发展农业与铁路运输，引进英国先进技术，保护科学发明，实行知识产权与专利制度，这种具有远见卓识的发展策略，其实是美国民主自由主义思想与法制制度的产物，也是基本国策。也正因为如此，才使美国能在以后成为世界强国。美国不同于欧洲国家，它土地广阔，资源丰富，并且有大量的移民劳动力，这是工业化的特有优势。同时，美国利用其他国家战争的机会，贩卖军火与短缺物资，从中牟取暴利。在历史上，美国通过贩卖黑奴与掠夺印第安人的土地，积累了大量财富，这些财富被转化为工业革命的资本，并使美国能够在短期内成为世界最富裕的国家之一。
第六节 走向科学技术时代
19世纪中期，电磁科学研究取得决定性成果，在工业上引发了一场新的能源与动力的革命：电力革命。电力作为一种工业生产的动力，对社会生产力的巨大推动作用是不言而喻的。同时，电力作为能源，对人类社会生活也有划时代的影响。电气化时代的到来，表示人类取得了一种生活中随时可用的、最为方便与经济实用的能源。电气化的触角伸展到生活的各个层面，带给社会以新生活的风格与理想。
1838年，德国雅科比制成第一台电动机。
1844年，美国开通第一条电报线路，从华盛顿到巴尔的摩。
1847年，英法之间的英吉利海峡铺设了第一条海底电缆。
1866年，德国维尔纳·西门子制成第一台自激式发电机。
1879年，美国爱迪生发明电灯。
1885年，美国与意大利科学家分别发明了交流感应电动机。
1886年，美国建立第一座交流发电站，次年法国巴黎北火车站电厂建立。
1901年，意大利马可尼在英国与加拿大之间建立了第一条国际无线电通讯线路。
进入20世纪之后，电力工业已经基本取代了蒸汽的统治地位，欧美等国家电力应用已经十分普及。美国1902年全国发电总量为60亿度，1907年德国工业电力总马力达到190万，电力已经成为世界发达国家主要动力。从20世纪初到20年代，经过第一次世界大战后的经济恢复，欧美主要国家已经基本实现了电气化。
20世纪中后期，科学技术革新与应用呈现出一种波澜壮阔的局面，它的一个重要特点是已经摆脱了依靠个别能源与动力的大规模应用引发爆炸效应的模式，比如所谓的蒸汽时代、电气时代等。无可否认，新能源与材料的开发在当代科学中仍然是重要因素，但它们已经不再是唯一的核心，也不是决定性因素。构成技术革命核心的是人类能力相关因素的延展，如知识与信息，是表现人类自身能力最大发展的因素。20世纪40年代开始的所谓“第三次技术革命”主要是指核能源利用、电子计算机技术、生物技术、空间技术、信息产生研究等新创造。
19世纪与20世纪之交，世界物理学悄然发生形态转化，从近代物理向现代物理学转变。牛顿力学被相对论与量子力学所取代。1895年德国物理学家伦琴发现了射线的存在，这就是著名的X射线，物理学家们开始关注隐形的放射性元素。1896年，法国物理学家贝克勒尔发现了铀的放射性作用，以后波兰科学家居里夫人等从事放射性元素的研究，取得重要进展，钍、镭、钋等多种放射性元素也被逐一发现。第二次世界大战期间，德国开始进行核武器的研制工作，但是没等到研制成功，纳粹德国已经战败。柏林被盟军攻占后，美国与苏联分别控制了德国原子弹研究的人员与资料。美国迅速研制成功了原子弹。1945年8月6日和9日，美国空军分别在日本广岛与长崎投下两颗原子弹，从此，核武器出现于世界。世界各国无不意识到，这是一种具有毁灭性力量的武器，也是对世界战争与政治演变有重要影响的因素。此后，只要有条件的国家无不努力研制核武器，到20世纪后期，世界发达国家中相当多数已经拥有核武器或是有了核研究能力。
这一革命以后波及其他高科技领域。核能源的发现与其他任何能源不同，核能源是人类经过加工产生的第一种最强大能源。传统的能源主要是自然能源，包括煤炭、水力、风力甚至电能，它们之间虽然有大小强弱的不同，但是有一个共同之处，它们都是自然界中所存在的可以直接利用的物质，如果把这种物质转化为能源就可以利用。即使如电能这样的能源，虽然是通过发电才可能获得，但是自然界中是存在雷电、动物电的。核辐射是一种自然能，但是核能源不是对显而易见的自然力的利用，它是人类从物理学、实验室里研究出来的能源，以后再把它转化为动力。这一过程本身寓意深刻，它表达出人类对自然的利用进入了一个创造性的阶段，也表明科学技术发展进入一个更为自由的时期。
这种技术进步有一个重要的副产品，这就是核武器。
其中最令西方世界震惊的是1964年10月，中国成功爆炸了第一颗原子弹，这是中国独立研制的核武器。从清代鸦片战争以来以贫穷落后的形象出现于世界的中国，从此真正改变了国际形象。这并不是以一个跻身于核俱乐部而引人注目的变化，其实质是从一个古老衰败的穷国向当代世界强国的转变。
核武器的出现能否改变人类的命运，它能否成为决定一切的力量，或是被战争狂人所利用来毁灭世界文明？这一切至今仍然是人类所关注的问题。科学发展为时代提供了核武器，但是科学家并不是核力量的推崇者。新科学时代的创始人之一爱因斯坦就一直关心世界和平，据说他对于核武器给人类社会带来的危害极为担忧。1931年，国际联盟与在巴黎的国际知识分子合作协会提议，在有代表性的知识分子之间安排一些通信交流，主要论题是为国际联盟与知识分子生活的共同利益服务，并且定期印发一些他们之间的通信。国际知识分子协会选定了爱因斯坦，爱因斯坦则提出了精神分析学家弗洛伊德的名字。1932年7月30日，爱因斯坦从波茨坦附近的卡普斯写信给精神分析学家弗洛伊德，认为世界文明必须面对的最重大问题就是人类能不能战胜战争的威胁。信中这样说道：
近十年来，为达到这一目标而做的一切努力的失败，尽管有明显的诚意，而我们不容置疑的强大的心理因素却促使这些努力趋于瘫痪。这些因素中有一些是不难发现的……我特别记得在每一个国家中都十分活跃的，虽然较小但起决定作用的群体是由这样一些个体组成的，他们对社会考虑的事物和各种限制漠不关心，而把战争、武器的制造和销售只视为发展其个人利益和扩大其个人权力的一次机会。
这段话虽然写在原子弹发明之前，但已经充满了对战争、武器给人类社会带来巨大威胁的预感。历史证明了爱因斯坦不是杞人忧天，核武器的发明和使用给人类社会蒙上了一层阴影，它已使数十万人顷刻之间死于非命，死里逃生者还被核辐射等后遗症所折磨，终身难愈。核武器使人想起了但丁《神曲》里所描绘的地狱之火，“即使是烧化的玻璃，与这样的火焰相比，也如同凉水一般”。我们承认核武器的危险性是巨大的，但是我们绝不惧怕也不神化这种武器，只是为了世界的和平，我们要防止这种武器的扩散带给人类意想不到的灾难，这也是世界爱好和平的人们要预防核危机的理由。
历史上没有任何一种自然力量或是物质力量能够毁灭人类文明，任何与人类社会进步为敌的欲望也最终失败。史前冰川时期的天寒地冻，有史以来从没有间断过的地震海啸等都曾经给人类带来巨大危害，但是人类还是顽强地生存下来，人类文明还是得以延续。人类社会中的战争苦难，无论是亚述人那样的残暴杀戮，罗马人的征服战争，蒙古人的铁骑掠杀，德、意、日法西斯主义的侵略与屠杀，都不能使人类文明停止。人类历史上，新型武器的发明屡见不鲜，人类的武器从杀死一只麋鹿都相当费力的削刮石器到一弹可以炸死数头大象的火炮，再加上原子弹、氢弹、生化武器等，其间的进步可谓极大。但是，没有一种武器能杀死所有人，所以武器的使用者必须面对自己的最后审判，这种审判就是人类文明的正义性与进步性的表现。人类文明不会被一两种新式武器所毁灭，因为它只是人类文明的产物，是科学的产物，科学与文明不会为核力量所征服，而只能是核力量为文明所利用，文明的力量比核力量更为伟大，从根本上说，文明就是人类存在的意义。
电子计算机技术与空间科学、光电子信息技术、生物工程技术等新兴科学技术从20世纪60年代风起云涌。世界上第一台电子计算机于20世纪40年代出现于美国，从最早的电子管、晶体管到以后的集成电路与大规模集成电路，计算机技术不断更新换代，发展速度可谓一日千里。到20世纪90年代，在美国产生了信息高速公路，立即引发了世界各国新的一轮信息科学竞争。网络技术在世界普及，人们知道了一个新的名称：互联网或是因特网。全球的信息可以通过网络来传输与利用，遍布世界的光纤网络能够使得世界各个角落里的人们互通信息，其速度与效率远远超过了从古代到今天的邮政设施。从来没有一种技术令人感到世界是如此之小，“天涯若比邻”这句中国古诗得到了新的阐释。
飞机的发明使人类能够离开地面，但是人类还不能够离开地球，不能进入宇宙。1957年10月，苏联的第一颗人造卫星成功发射，这是人类航天史上新的一页。1964年，美国阿波罗1号飞船登上月球。从此，人类真正实现了古代神话中的飞天梦想。其后，载人航天器的试验成功，航天飞机、航天空间站、空间探测器等的使用，使得人类掌握宇宙的理想正在变为现实。
在探索宇宙及外部世界的同时，人类探索在自身与生物世界的秘密方面同样有了重大进步。1997年2月23日，世界上第一只克隆绵羊多利在苏格兰诞生，克隆技术、人类基因工程成为生物工程中最引人注目的焦点。2000年8月，英国宣布将批准以医疗为目的的人体胚胎克隆试验。虽然政府强调，这种克隆技术只是一种“医疗目的”，而不是“繁殖克隆”，但是，意大利、法国、美国不断有科学家宣称，克隆人的试验可能已经正在进行之中。由于克隆人的技术与设备都并不复杂，所以克隆人的出现是完全可能的。克隆技术基于对干细胞的研究，所谓干细胞是指未成熟的细胞，它还没有完全分化，具有可以再生各种细胞和人体的功能，这就是医学界所说的“万能细胞”。人体的干细胞分为两种，一种是全功能干细胞，可以用于直接克隆人体。另一种是多功能干细胞，它可以用于复制各种器官与修复各种组织。这样，至少是通过干细胞的分离与体外培养，可以生成各种组织或器官，通过移植等手段进行疾病治疗。
克隆技术的出现意味着人类可以制造出人本身，从西方文化意义上人类已经取代了上帝的位置。这一现象引起了伦理学的混乱。因为人类的生产从来是通过男女结合的生育，在西方宗教理论中，只有上帝才是创造人类的唯一造物主。克隆人的出现将会对社会道德和秩序产生极大的冲击，社会道德将面临新的考验。宗教界首先对这一现象表示坚决反对，教皇保罗二世就宣称，在道义上无法接受任何克隆人的计划。社会各界也反响不一，有反对者，也有支持者，聚讼纷纷，各有说法。中国政府关于生物技术发展的态度是积极而慎重的，既要促进科学研究的进步，利用科学造福人类，同时也要防止危害人类社会共同利益与公众道德的行为发生。